C#实现Modbus TCP通讯测试软件

一、环境搭建与依赖配置

1. 开发环境

   • Visual Studio 2022+
   • .NET 6.0+
   • NuGet包：NModbus（协议实现）、MaterialDesignThemes（UI美化）

2. 项目结构

   ModbusTester/
   ├── Models/              # 数据模型
   ├── Views/               # WPF界面
   ├── ViewModels/          # MVVM逻辑
   ├── Services/            # 通信服务
   └── Utils/               # 工具类（CRC校验、日志）
   

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二、核心代码实现

1. Modbus TCP服务类（基于NModbus）

// Services/ModbusService.cs
using Modbus.Device;
using System.Net.Sockets;

public class ModbusTcpService : IDisposable
{
    private ModbusIpMaster _master;
    private TcpClient _tcpClient;

    public async Task ConnectAsync(string ip, int port = 502)
    {
        _tcpClient = new TcpClient();
        await _tcpClient.ConnectAsync(ip, port);
        _master = ModbusIpMaster.CreateIp(_tcpClient);
    }

    // 读取保持寄存器（功能码03）
    public ushort[] ReadHoldingRegisters(ushort startAddr, ushort count)
    {
        return _master.ReadHoldingRegisters(1, startAddr, count); // 从站ID默认1
    }

    // 写入单个寄存器（功能码06）
    public void WriteSingleRegister(ushort addr, ushort value)
    {
        _master.WriteSingleRegister(1, addr, value);
    }

    // 批量写入寄存器（功能码16）
    public void WriteMultipleRegisters(ushort startAddr, ushort[] values)
    {
        _master.WriteMultipleRegisters(1, startAddr, values);
    }

    public void Dispose()
    {
        _master?.Dispose();
        _tcpClient?.Close();
    }
}

2. 数据模型设计

// Models/ModbusDataModel.cs
public class ModbusDataModel : INotifyPropertyChanged
{
    private ushort _registerValue;
    public ushort RegisterValue
    {
        get => _registerValue;
        set
        {
            _registerValue = value;
            OnPropertyChanged(nameof(RegisterValue));
        }
    }

    public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
    protected virtual void OnPropertyChanged(string propertyName) =>
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(propertyName));
}

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三、WPF界面实现

1. 主界面XAML（核心功能区）

<!-- Views/MainView.xaml -->
<Window x:Class="ModbusTester.Views.MainView"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:materialDesign="http://materialdesigninxaml.net/winfx/xaml/themes"
        Title="Modbus TCP测试工具" Height="450" Width="800">
    <Grid>
        <!-- 连接配置区 -->
        <GroupBox Header="连接配置" Margin="10">
            <StackPanel Orientation="Vertical">
                <TextBox x:Name="txtIP" Width="200" materialDesign:HintAssist.Hint="IP地址"/>
                <TextBox x:Name="txtPort" Width="100" materialDesign:HintAssist.Hint="端口"/>
                <Button Content="连接" Command="{Binding ConnectCommand}"/>
            </StackPanel>
        </GroupBox>

        <!-- 数据操作区 -->
        <GroupBox Header="数据操作" Margin="10,120,10,10">
            <StackPanel Orientation="Vertical">
                <TextBox x:Name="txtStartAddr" Width="100" materialDesign:HintAssist.Hint="起始地址"/>
                <TextBox x:Name="txtCount" Width="100" materialDesign:HintAssist.Hint="数量"/>
                <Button Content="读取寄存器" Command="{Binding ReadRegistersCommand}"/>
                <DataGrid ItemsSource="{Binding Registers}" AutoGenerateColumns="False">
                    <DataGrid.Columns>
                        <DataGridTextColumn Header="地址" Binding="{Binding Address}"/>
                        <DataGridTextColumn Header="值" Binding="{Binding Value}"/>
                    </DataGrid.Columns>
                </DataGrid>
            </StackPanel>
        </GroupBox>
    </Grid>
</Window>

2. ViewModel逻辑绑定

// ViewModels/MainViewModel.cs
using MaterialDesignThemes.Wpf;
using System.Windows.Input;

public class MainViewModel : ObservableObject
{
    private readonly ModbusTcpService _modbusService = new ModbusTcpService();
    public ObservableCollection<ModbusDataModel> Registers { get; } = new();

    public ICommand ConnectCommand => new RelayCommand(async () => 
    {
        await _modbusService.ConnectAsync(txtIP.Text, int.Parse(txtPort.Text));
        ReadRegisters();
    });

    public ICommand ReadRegistersCommand => new RelayCommand(() =>
    {
        var values = _modbusService.ReadHoldingRegisters(0, 10); // 读取0-9号寄存器
        Registers.Clear();
        for (int i = 0; i < values.Length; i++)
        {
            Registers.Add(new ModbusDataModel { 
                Address = 0 + i, 
                Value = values[i] 
            });
        }
    });

    private void ReadRegisters()
    {
        // 异步读取逻辑
    }
}

---

四、关键调试

1. CRC校验验证

   // 工具类方法
   public static byte[] CalculateCrc(byte[] data)
   {
       ushort crc = 0xFFFF;
       foreach (byte b in data)
       {
           crc ^= (ushort)b;
           for (int i = 0; i < 8; i++)
           {
               if ((crc & 0x0001) != 0)
                   crc >>= 1;
               else
                   crc = (ushort)((crc >> 1) ^ 0xA001);
           }
       }
       return new[] { (byte)crc, (byte)(crc >> 8) };
   }
   

2. 异常处理策略

   try
   {
       await _modbusService.ConnectAsync(ip, port);
   }
   catch (SocketException ex)
   {
       ShowErrorMessage($"连接失败：{ex.Message}");
       Log.Error(ex, "网络连接异常");
   }
   

3. 性能优化

   • 连接池管理：复用TcpClient实例
   • 批量操作：使用WriteMultipleRegisters替代多次单次写入
   • 异步处理：通过async/await避免界面冻结

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五、扩展功能实现

1. 数据曲线监控

   // 使用LiveCharts库
   public SeriesCollection TemperatureSeries { get; } = new();
   
   // 实时更新数据
   private void UpdateChart(double value)
   {
       TemperatureSeries.Add(new LineSeries
       {
           Values = new ChartValues<double> { value }
       });
   }
   

2. 十六进制查看器

   // 显示原始Modbus报文
   public string HexDisplay
   {
       get
       {
           return BitConverter.ToString(data).Replace("-", "");
       }
   }
   

参考代码 C#实现Modbus TCP 通讯测试软件 www.youwenfan.com/contentcnq/111967.html

六、测试用例示例

测试场景	输入参数	预期结果
读取保持寄存器	IP=192.168.1.100, Port=502, 地址=0, 数量=10	返回10个寄存器的16进制值
写入单个寄存器	地址=40001, 值=25	寄存器值变为25（0x19）
批量写入	地址=40002, 值数组=	三个寄存器依次写入成功

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七、部署建议

1. 依赖项打包

   • 使用ILMerge合并DLL文件
   • 包含NModbus许可证文件

2. 安装包制作

   # 使用Inno Setup创建安装程序
   [Files]
   Source: "ModbusTester.exe"; DestDir: "{app}"; Flags: ignoreversion
   Source: "NModbus.dll"; DestDir: "{app}"; Flags: ignoreversion